電壓暫降對電網(wǎng)負(fù)荷影響的研究

摘要：文章針對近年來深圳電網(wǎng)發(fā)生的數(shù)起線路故障引起電壓暫降，導(dǎo)致大量負(fù)荷因欠壓脫扣動作被切除的事件，分析電壓暫降的標(biāo)準(zhǔn)和影響，探討欠壓脫扣器的使用范圍和時間設(shè)定原則，提出減少電壓暫降的手段、合理使用欠壓脫扣器等建議降低電壓暫降對電網(wǎng)負(fù)荷的影響。

關(guān)鍵詞：電壓暫降；欠電壓；脫扣負(fù)荷

中圖分類號：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）32-0116-02

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)對電力的依賴程度越來越高，各種對電能質(zhì)量異常敏感的用電設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。由于深圳地區(qū)負(fù)荷密集，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障引起電壓暫降時，大量負(fù)荷因欠壓脫扣裝置動作而從電網(wǎng)剝離，影響供電可靠性和連續(xù)性，并進(jìn)一步加劇電網(wǎng)的頻率波動和震蕩，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定造成巨大沖擊。為了減少電網(wǎng)事故發(fā)生時造成的負(fù)荷損失，確保電網(wǎng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，有必要開展電壓暫降對電網(wǎng)負(fù)荷影響的研究。

1 電網(wǎng)中電壓暫降

1.1 電壓暫降定義

在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17626.11-2008中，“電壓暫降”定義為：“在電氣供電系統(tǒng)某一點(diǎn)上的電壓突然減少到低于規(guī)定的閾限，隨后經(jīng)歷一段短暫的間隔恢復(fù)到正常值?！痹跉W洲供電電壓標(biāo)準(zhǔn)EN50160中對“電壓暫降”（supply voltage dip）的定義為：電壓突然減小到標(biāo)稱電壓的1%～90%之間，隨后電壓在一個很短的時間內(nèi)又恢復(fù)至正常電壓，通常電壓暫降持續(xù)的時間為10ms～1min。

1.2 電壓暫降的原因

無論供電系統(tǒng)的可靠性如何提高，輸配電網(wǎng)絡(luò)以及某些負(fù)荷仍會因不可預(yù)見的事件造成無法避免的電壓暫降。如輸變電設(shè)備短路故障、大型電機(jī)的啟動、雷擊導(dǎo)致保護(hù)動作、倒閘開關(guān)操作等原因都可能造成電網(wǎng)電壓暫降。電壓暫降大部分是由輸配電網(wǎng)絡(luò)用戶設(shè)備或公共輸配電系統(tǒng)故障所引起的，偶爾也會由于開關(guān)投入重負(fù)載或大型電機(jī)啟動所產(chǎn)生。大部分是隨機(jī)事件，是不可預(yù)期的，在時間和空間上的分布也很不規(guī)則。

2 欠壓脫扣器

2.1 欠壓脫扣器原理

欠壓脫扣器用來監(jiān)視工作電壓的波動，其與開關(guān)電器組合在一起，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障會使電壓下降，甚至緩慢下降至額定電壓的35%～70%范圍內(nèi)，與開關(guān)電器組合一起的欠電壓脫扣器應(yīng)動作，使電器斷開。零電壓（失壓）脫扣器的動作電壓范圍為額定電壓的10%～35%，是一種特殊型式的欠電壓脫扣器。當(dāng)外施電源電壓低于欠電壓脫扣器額定電壓的35%時，欠電壓脫扣器應(yīng)能防止斷路器閉合。當(dāng)電源電壓等于或高于其額定電壓的85%時，欠電壓脫扣器應(yīng)能保證斷路器能閉合。欠壓脫扣器可以在電網(wǎng)發(fā)生故障電壓暫降時快速切除用電設(shè)備，保證用戶自身設(shè)備安全。

2.2 欠壓脫扣器參數(shù)設(shè)置的相關(guān)規(guī)定

在民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范JGJ16-2008 7.6.6中提及“當(dāng)電壓下降或失壓以及隨后電壓恢復(fù)會對人員和財產(chǎn)造成危險時或電壓下降造成電氣裝置和用電設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞時，應(yīng)裝設(shè)欠電壓保護(hù)；當(dāng)被保護(hù)用電設(shè)備的運(yùn)行方式允許短暫斷電或短暫失壓而不出現(xiàn)危險時，欠電壓保護(hù)器可延時動作”，其未對動作電壓值和延時時間做限制性規(guī)定和定值要求。

2.3 典型的電壓暫降引起欠壓脫扣器動作造成負(fù)荷損失的案例

近年來深圳電網(wǎng)已發(fā)生數(shù)起因線路故障導(dǎo)致與其有電氣聯(lián)系的多個220kV片網(wǎng)出現(xiàn)電壓暫降、欠壓脫扣器動作切除大量負(fù)荷的案例，2009年6月110kV象圍線發(fā)生三相短路故障引起220kV象山網(wǎng)電壓劇烈下降，造成用戶側(cè)低壓斷路器的欠壓（失壓）脫扣裝置動作跳開低壓斷路器，從而導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷損失435MW。在對220kV象山站四臺主變供象山站10kV、110kV萬安站、110kV帝堂站、110kV福源站、110kV福永站#1主變、110kV九圍站、110kV王家站#2、3主變、110kV新橋站、110kV沙井站#1、#3變、110kV芙蓉站的負(fù)荷，全部用戶數(shù)與報裝容量、安裝有欠電壓脫扣器的用戶數(shù)與報裝容量、故障前后象山網(wǎng)負(fù)荷情況的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)用戶中裝有欠壓脫扣器的報裝容量（1569632kVA）占總報裝容量（2547279kVA）的61.6%，而故障導(dǎo)致象山網(wǎng)負(fù)荷降低的比例為58.4%，與欠壓脫扣用戶所占比例基本一致，說明110kV象圍線故障時，象山網(wǎng)用戶側(cè)電壓基本已降低到額定電壓的70%以內(nèi)甚至更低，達(dá)到欠壓脫扣器動作的閥值。而實(shí)際損失負(fù)荷比例與欠壓脫扣報裝比例略低，可能存在多種原因，欠壓脫扣用戶負(fù)載率比普通用戶負(fù)載率低，部分欠壓脫扣器裝有延時元件躲過了電壓暫降的時間等等，但并不影響該事件的分析。

3 電壓暫降對電網(wǎng)負(fù)荷的影響及建議

3.1 電壓暫降的影響

電網(wǎng)中出現(xiàn)電壓暫降會對用戶的敏感供電設(shè)備造成沖擊，損壞部分高精產(chǎn)品質(zhì)量，但對傳統(tǒng)的照明、制冷、辦公等一般用電設(shè)備影響不大，根據(jù)欠電壓脫扣器的安裝使用可得如下三種情況：

3.1.1 退出欠電壓脫扣器。具有欠壓（失壓）脫扣功能的低壓斷路器一般不具備自動重合閘功能，跳閘后需要運(yùn)行人員到現(xiàn)場操作合閘。對于退出欠電壓脫扣器的用電負(fù)荷，避免了由于誤跳閘及跳閘后不能及時重新合閘恢復(fù)供電等缺陷，避免了長時間停電，但出現(xiàn)電壓暫降時會對用戶設(shè)備和產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生沖擊。

3.1.2 投入欠壓脫扣器，電壓暫降時瞬時跳閘。對于重要設(shè)備系統(tǒng)、精密儀表、電子器械等一旦發(fā)生低于70%的電壓暫降，斷路器立即跳開，既保護(hù)了這些對電能質(zhì)量要求很高的設(shè)備，又防止在生產(chǎn)中出現(xiàn)次品。

3.1.3 投入欠壓脫扣器，裝設(shè)時間元件，延時跳閘。發(fā)生持續(xù)時間小于延時時間的電壓暫降時，斷路器不跳閘，而對于這些工廠的設(shè)備，一般應(yīng)能承受短時的電壓暫降，所以設(shè)備不會損壞。當(dāng)不經(jīng)常的發(fā)生持續(xù)時間大于延時時間的電壓暫降時，斷路器跳開，保護(hù)了用戶設(shè)備。在設(shè)定的延時時間的電壓暫降期間，會導(dǎo)致部分廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品出現(xiàn)次品。

3.2 建議

3.2.1 采取措施減少電壓暫降發(fā)生。雖然電壓暫降因其隨機(jī)性不可完全消除，但減少發(fā)生的頻次是能夠?qū)崿F(xiàn)的。主要解決措施主要應(yīng)從以下四個方面入手：提高設(shè)備抵御電壓暫降的能力；安裝電壓補(bǔ)償型裝置，保持電壓平穩(wěn)；改變系統(tǒng)設(shè)計，重要敏感負(fù)荷避免接入到故障概率較高的線路；加強(qiáng)設(shè)備巡維降低故障率，縮短故障切除時間，減少電壓暫降影響。

3.2.2 合理使用欠電壓脫扣裝置。對于負(fù)荷為重要設(shè)備系統(tǒng)、精密儀表、電子器械等對電能質(zhì)量要求非常高、短時的失壓也會影響設(shè)備正常運(yùn)行的敏感設(shè)備，應(yīng)投入欠電壓脫扣器，出現(xiàn)電壓暫降時瞬間切除用電設(shè)備，保證設(shè)備安全和產(chǎn)品質(zhì)量。某些高壓線路經(jīng)常出現(xiàn)大容量負(fù)荷投切、電壓波動較大，該線路所供的設(shè)備電壓暫降承受力強(qiáng)的一般性負(fù)荷，欠電壓脫扣裝置應(yīng)退出，防止開關(guān)因電壓波動頻繁跳閘，或是投入零電壓脫扣器，保證供電連續(xù)性。對電能質(zhì)量要求較高、但短時的電壓波動也不至于造成設(shè)備和人身危害的居民、商業(yè)、工業(yè)等負(fù)荷，應(yīng)投入欠電壓脫扣裝置，應(yīng)增加延時元件。按照深圳電網(wǎng)高壓線路保護(hù)裝置配置情況，高壓線路典型瞬間故障切除時間：500kV線路小于或等于100ms；220kV線路小于或等于120ms；110kV線路小于或等于700ms。而按深圳電網(wǎng)繼電保護(hù)整定原則，高壓線路重合閘時間：500kV線路為1000ms；220kV線路為800ms；110kV線路為1000～3000ms。重合閘動作時間較長若據(jù)此設(shè)定欠電壓脫扣時間則無法有效保護(hù)低壓設(shè)備，因此從電網(wǎng)故障方面考慮應(yīng)躲開切除故障的最低時間，加上有效級差可以取800ms延時。但電磁兼容國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17626.11-2008中指出商用和公用環(huán)境中的用電設(shè)備，一般應(yīng)能承受70%Ue，持續(xù)時間為0.5s的電壓暫降。若將欠電壓脫扣裝置延時時間設(shè)置在800ms，在超過500ms的電壓暫降時可能會導(dǎo)致用戶設(shè)備損壞，生產(chǎn)產(chǎn)品次品率明顯增加。因此綜合考慮電網(wǎng)故障切除時間和用電設(shè)備對電壓暫降的承受能力，可以將欠電壓脫扣器的延時時間設(shè)定為500ms。

4 結(jié)語

隨著高科技信息技術(shù)的普及，各行業(yè)對電力工業(yè)的技術(shù)參數(shù)和質(zhì)量要求越來越高，如何保證供電質(zhì)量，將電網(wǎng)負(fù)荷損失降至最低，是供電企業(yè)面對的巨大挑戰(zhàn)。本文針對深圳電網(wǎng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的數(shù)起電網(wǎng)故障引起電壓暫降導(dǎo)致大量負(fù)荷脫扣的事件，探討分析電壓暫降引起欠壓脫扣器動作的影響，并查閱相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及大量資料，結(jié)合深圳地區(qū)的保護(hù)整定原則和負(fù)荷特性給出欠壓脫扣的投退建議和延時時間標(biāo)準(zhǔn)，對降低電壓暫降對負(fù)荷的影響、減少大面積欠壓脫扣對電網(wǎng)的沖擊、確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定具有一定的意義。

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作者簡介：白恒遠(yuǎn)（1985—），男，遼寧人，供職于深圳供電局有限公司，研究方向：電力系統(tǒng)。